專利名稱：一種高效節能礦渣微粉的制備方法
技術領域：
本發明屬于資源與環境領域，屬于工業固體廢棄物高效資源化利用領域，涉及一種高效節能礦渣微粉的制備方法。本發明的目的是，使用國產化、大型化的裝備任意生產 S105、S95、S75各品質等級的礦渣微粉。在生產高比表面積礦渣微粉的同時，實現高產能、 低能耗，并使生產廠區噪聲降低及廢氣粉塵排放濃度均達到國家標準，為生產企業創造可觀的經濟效益和社會效益。
背景技術：
我國現進入一個重化工業高速發展的階段，也是一個能源和資源極大耗費、生態環境遭到嚴重破壞的階段，這是因重化工業自身特點決定的。隨著我國經濟發展的高速增長，基礎建設中應用最多的硅酸鹽水泥和礦渣水泥的生產，既帶來極大的資源、能源消耗， 又帶來嚴重的環境污染，因此導致了我國建材行業現實的產業結構特征，是能源高消耗特征，能源消耗強度、碳排放量現居世界第一。其后果是建材行業產業結構的嚴重低度化，造成行業生產效率低下及高碳經濟導致建材行業的發展不可持續性，這就警醒我們必須把科技創新擺在優先發展的戰略地位。按照“十二五”我國科技發展基本目標“加快產業升級和產業轉型升級”的要求及 《國家中長期科學和技術發展綱要》精神，需充分發揮科技創新對轉變經濟發展方式的支撐引領作用，運用科技力量推動經濟發展方式轉變，才能實現建材業從高能耗高污染向低能耗低污染的產業轉型升級。因此，利用水淬粒化高爐礦渣高效節能生產礦渣微粉，并應用礦渣微粉替代水泥中部分熟料生產低碳水泥，降低水泥和混凝土制品生產企業成本，提高混凝土品質，配制新型高強度、高性能、高耐久性混凝土(HPC)，為國家節約不可再生的寶貴資源，減少廢氣排放和環境污染等，是利國利民之舉，也是實現建材業產業轉型和產業升級的重要途徑之一。礦渣微粉作為綠色環保產品，其應用技術已被國家住房與城鄉建設部確定為建筑業十項新技術之一。礦渣微粉是將粒化高爐礦渣經干燥、粉磨達到相當細度且符合活性指數要求的粉體，通過機械能活化和化學能活化充分發揮其潛在活性，成為一種高活性的輔助膠凝材料。 礦渣微粉能改善混凝土性能，一方面是由于在堿性環境條件下礦渣活性被激發，礦渣中的 Si02、A1203與水泥水化產物Ca (OH) 2形成水化硅酸鈣等水化產物，進一步加速水泥水化反應的進程，改善水泥水化產物分布的均勻性，使水泥石結構更加致密，即活性效應。另一方面是礦渣微粉均勻分散于水泥漿體基相中，降低了水泥石的孔隙率，提高了水泥石的密實度，即填充效應，或稱微集料效應。有實驗數據表明，礦粉細度與顆粒分布均為影響礦渣微粉活性的重要因素。礦渣微粉目前主要用于水泥和混凝土中，既可以摻入水泥中改變水泥品種和性能，也可以直接摻入混凝土，使混凝土性能發生較大變化。其主要特性，一是由于粉體顆粒被充分細化，會顯著增加其表面能，故可以大幅度提高水泥和混凝土的強度，尤其是后期強度表現得更加明顯；二是用于普通混凝土中，可節約水泥用量，降低混凝土生產成本；三是抑制混凝土的堿骨料反應，提高混凝土的耐久性；四是提高混凝土抗硫酸鹽的侵蝕能力； 五是改善混凝土的和易性與抗滲性；六是顯著降低混凝土水泥水化的早期放熱速度，抑制混凝土的絕對溫升，減少大體積混凝土早期的溫度應力，因此適合于配置大體積混凝土和新型高強度、高性能、高耐久性混凝土(HPC)。目前國內常用的適用于礦渣高細粉磨的幾種工藝流程如下1、高細管磨機一級開路流程優點技術要求低，礦粉比表面積顆粒形貌好，能生產S75礦粉，一次性投資低，維修方便，操作簡單。缺點能耗高，產量低，無法生產高品質等級的S95、S105礦粉，只適用于小規模的齒輪式邊緣傳動的小型磨機。2、普通球磨機一級閉路流程優點技術成熟、投資小、見效快，生產礦渣微粉時細度調節比較靈活。缺點礦渣微粉的顆粒分布較窄，產能不高、規模不大，特別是生產高比表面積礦粉時產量低，能耗高，不經濟。3、立式磨粉磨流程優點該系統流程簡單，烘干、粉磨、選粉等全部工藝過程均在立式輥磨機內完成；烘干能力強，礦渣水分可達20% ；在生產S75礦粉時較經濟。缺點一是料床穩定性不好，易引起機體振動；二是輥磨和磨盤的磨損大；三是礦粉顆粒分布及形貌較差，各齡期水化活性指數偏低。四是生產高比表面礦粉時很困難或不可能，如生產其電耗將大幅度上升很不經濟；五是立磨生產出的礦渣微粉在市場中的價格明顯低于球磨產品價格；六是投資大，維修費用高。上述國內幾種常用的礦渣高細粉磨工藝流程，因其在礦渣微粉制備工藝、系統配置、設備選型和品質等級等方面存在相互制約因素，造成相關的技術經濟指標顧此失彼，制約了礦渣粉磨行業的快速發展。
發明內容
本發明就是為了突破礦渣微粉制備領域瓶頸，趕超國外先進技術。通過實現工藝與裝備優化升級、合理配置及機械能活化和化學能活化等集成技術，充分發揮礦渣潛在活性，使其顆粒群分布及顆粒形貌更加完善，成為符合活性指數要求的粉體，成為一種高活性的輔助膠凝材料。在生產高比表面礦粉的同時，達到高產能、低能耗，降低生產廠區噪聲及廢氣粉塵排放濃度均達到國家標準，為生產企業創造最大的經濟效益和社會效益。本發明采用原理①、實現濕礦渣的在線烘干。充分利用干燥器內料幕和風速進行熱交換，提高熱效率，降低煤耗和能耗。②、充分利用和嚴格控制輥壓機的擠壓破碎力、球磨機的研磨力與化學力有機結合的協同效應；優化顆粒級配，整形顆粒形貌；大幅度提高礦渣微粉活性指標的同時提高產能。③、嚴格控制進入球磨機物料的水分，防止物料堵塞篦縫導致“糊磨”、“飽磨”現象的發生。
④、發揮中央控制系統的集中管理體制，分散控制各設備各個監控點的運作情況， 及時準確地反饋生產過程中出現的異常情況，通知相關人員有效地進行處理。⑤、采用布袋式收塵器控制外排粉塵的濃度和循環系統中的風速，以滿足不同工藝條件的要求。為了達到上述的目的，本發明采用以下技術措施一種高效節能礦渣微粉的制備方法，是一種用于生產超細礦渣微粉的工藝流程和應用方法，以充分利用大型化、國產化裝備生產各種品質等級的礦渣微粉，在提高礦渣比表面積的同時縮短粉磨時間，提高產量，優化礦渣微粉的顆粒級配，改善顆粒形貌，大幅提高活性及水化速率，降低生產成本和能耗，取得較大的經濟效益和社會效益。具體工藝1、該方法使用包括配料計量系統、熱風干燥系統、一級閉路高效高產系統、二級開路粉磨系統、倉儲系統、中央控制系統等集成工藝系統。2、配料計量系統包括原料堆棚、板式喂料機、稱重皮帶秤、輸送皮帶和提升機，其向一級系統提供具有一定配比以水淬礦渣為主體的原材料混合物。3、熱風干燥系統包括破碎機、輸送皮帶、提升機、沸騰爐和風機，其向一級系統提供熱風以供在線干燥含水分的水淬礦渣。4、一級閉路高效高產系統包括輥壓機、干燥器、高效選粉機、循環風機、布袋收塵器、提升機和輸送皮帶，其將水淬礦渣經一級閉路高效高產系統機械活化至比表面積 250 350平方米每千克的合格半成品進入二級開路粉磨系統。5、二級開路粉磨系統包括球磨機、布袋收塵器、提升機和風送斜槽，其將一級閉路高效高系統提供的合格半成品化學活化至顆粒級配合理、顆粒形貌完好、比表面積420平方米每千克以上的礦渣微粉終產品，并輸送至倉儲系統。6、倉儲系統包括提升機、圓形筒倉、庫底充氣系統、布袋收塵器和風送斜槽，其將二級開路粉磨系統供給的超細礦渣微粉有效地存儲，以便下一步利用。7、中央控制系統包括中央控制計算機(含DCS控制程序)、現場主機設備電氣控制柜、現場儀表、現場攝像裝置，其遠程監控現場設備的運行參數和運行狀態，并通過調整中控的數字顯示，轉化為現場各控制點位設備的變化情況，調整設備的運行狀況，綜合管理不同系統的設備，對有聯系的設備之間加以連鎖，完成生產線的集成與兼容。8、整個生產方法控制原材料綜合水分< 20%，入磨物料水分< 2%，出磨水分 ^ 1% ；循環風機布袋收塵器入口溫度控制在50°C 110°C，能任意生產S105、S95、S75等各品質等級的礦渣微粉。現有的生產方法只能處理綜合水分在8%以下的原材料，而對水分較高的原材料只能經過復雜的處理程序之后在進行后續加工。在本發明的工藝條件下，可直接處理水分高、生產條件較為惡劣的環境(如空氣濕度高、陰雨連綿季節等)，較為有效地防止物料堵塞篦縫導致“糊磨”、“飽磨”現象的發生，并且使能夠在更為合理的范圍內使用各種不同的工業固體廢棄物。原材料先在一級閉路高效高產系統擠壓粉碎后分級，粗物料進入一級系統繼續擠壓，細物料進入二級開路粉磨系統。一級系統提供的半成品比表面積為250 350平方米每千克，經二級系統處理后的終產品比表面積> 420平方米每千克。為了協同利用輥壓機的擠壓破碎力、球磨機的研磨力和化學力，經過深入研究和大量實驗，選擇球磨機入口物料比表面積為250 350平方米每千克，球磨機出口物料比表面積> 420平方米每千克。如果球磨機入口物料比表面積過小，則一級系統的粉碎效果不能夠得到有效發揮，不能實現節能降耗、控制生產成本的目的；如果球磨機入口物料比表面積過大，則一級系統壓力較大， 而二級系統的研磨效果不能夠得到有效發揮，浪費能源；如果球磨機出口物料比表面積小于420平方米每千克，則不能夠實現顆粒的良好級配，并且礦渣微粉活性較差。優點和效果(1)降低成本和能耗。優化系統熱效率，取消礦渣烘干車間，減少相關的土木工程建設、設備和人員投資，降低不可再生化石能源煤的消耗。( 采用大風大料大循環系統。在本生產工藝中，采用一級閉路與二級開路高效聯合粉磨系統，合理優化系統中的粉碎功與研磨功，充分發揮各工藝設備的協同效應，提高輥壓機循環系統的循環負荷，使入磨粒度盡量控制在要求的范圍之內，整個破碎過程全部在輥壓機循環系統內完成，大大提高粉磨效率，降低系統電耗，保障產品質量達標，可任意生產S105、S95、S75各品質等級的礦渣微粉。(3)整條系統過鐵保護。由于高爐礦渣為鋼鐵冶煉的副產品，通常含一定量的鐵質，甚至大塊鐵渣，為保輥壓機運行的安全，粉磨系統設有包括除鐵器、磁鼓分離器和金屬探測儀等多道除鐵保護，以保障輥壓機磨輥的運行安全，同時也降低了耐磨件的磨蝕和消耗。(4)克服了現有工藝技術裝備存在的問題。可充分發揮國產化裝備生產各種等級的礦渣微粉，在提高礦渣比表面積的同時縮短粉磨時間，提高產量，優化礦渣微粉的顆粒級配，改善礦渣微粉的顆粒形貌，大幅提高礦渣的活性及水化速率。降低生產成本和能耗，取得較大的經濟效益和社會效益。
圖1是本發明工藝流程圖。 具體實施方案某高效節能礦渣微粉系統采用聯合粉磨生產工藝。其主機采用輥壓機配套礦渣磨。該礦渣磨設計產量為110t/h，比表面積430m2/kg，系統電耗42kwh/t。圖1是本發明工藝流程圖。礦渣原料從礦渣堆場由膠帶輸送機(01)送至礦渣粉磨車間，該膠帶輸送機上方先后裝有除鐵器(0 及金屬探測器(03)，用以及時排除混入物料中的鐵質金屬塊物料。當金屬探測器發現有金屬后氣動三通閥(04)換向，將混有金屬的物料由旁路卸出，以保證輥壓機的安全正常運行。不含金屬的物料由氣動三通閥經斗式提升機(0 喂入干燥器(06)，物料在其分布板上分散。由于進廠礦渣水分較大，采用燃煤式熱風爐供熱，在干燥器內烘干礦渣，烘干后的礦渣通過溜子進入稱重穩流倉(10)。該穩流倉設有荷重傳感器檢測倉內料位，物料從穩流倉(10)喂入輥壓機(1 中進行擠壓粉碎的過程，擠壓后料餅通過斗式提升機(0 提升后送入干燥器(06)中打散、分級。干燥器中被打散分選出來的粗顆粒進入循環擠壓過程。細顆粒被高效轉子選粉機(14)風選出來， 經收塵器(16)收集后的物料經過斜槽(18)送入礦渣球磨機(19)粉磨，通過調整礦渣球磨機的隔倉板、裝球量和磨內通風，使成品滿足要求。生產出的成品直接通過提升機過入礦渣庫。本系統為一級閉路二級開路聯合粉磨系統，全部采用具有自主知識產權的國產化、大型化裝備，裝機功率小，總投資少；生產高品質等級礦粉時，產能高，能耗低，生產成本明顯下降；生產廠區噪音小，廢氣粉塵排放濃度低，生產作業環境明顯改善。實施例實施例1.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為18%，入磨物料水分為1. 5 %，出磨水分為0. 5%，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在90攝氏度，球磨機入口物料比表面積255平方米每千克，球磨機出口物料比表面積420平方米每千克，臺時產量110噸，綜合電耗為41. 8千瓦時每噸。實施例2.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為15%，入磨物料水分為1.4%，出磨水分為0.2%，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在85攝氏度，球磨機入口物料比表面積270平方米每千克，球磨機出口物料比表面積440平方米每千克，臺時產量95噸，綜合電耗為42. 4千瓦時每噸。實施例3.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為12%，入磨物料水分為1.0%，出磨水分為0.2%，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在78攝氏度，球磨機入口物料比表面積275平方米每千克，球磨機出口物料比表面積450平方米每千克，臺時產量82噸，綜合電耗為43. 8千瓦時每噸。實施例4.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為10 %，入磨物料水分為0. 9 %，出磨水分為0. 1 %，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在80攝氏度，球磨機入口物料比表面積260平方米每千克，球磨機出口物料比表面積460平方米每千克，臺時產量79噸，綜合電耗為45. 7千瓦時每噸。對比例對比例1.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為18%，入磨物料水分為1. 5 %，出磨水分為0. 5%，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在90攝氏度，球磨機入口物料比表面積206平方米每千克，球磨機出口物料比表面積362平方米每千克，臺時產量76噸，綜合電耗為52. 8千瓦時每噸。對比例2.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為15%，入磨物料水分為1.5%，出磨水分為0.5%，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在95攝氏度，球磨機入口物料比表面積190平方米每千克，球磨機出口物料比表面積370平方米每千克，臺時產量65噸，綜合電耗為49. 4千瓦時每噸。對比例3.將所選的輥壓機與球磨機配套。整條工藝生產線正常運轉時，其原材料綜合水分為12 %，入磨物料水分為1. 1 %，出磨水分為0. 3 %，循環風機布袋收塵器入口溫度控制在79攝氏度，球磨機入口物料比表面積220平方米每千克，球磨機出口物料比表面積398平方米每千克，臺時產量58噸，綜合電耗為53. 8千瓦時每噸。
權利要求
1.一種高效節能礦渣微粉的制備方法，使用包括配料計量系統、熱風干燥系統、一級閉路高效高產系統、二級開路粉磨系統、倉儲系統、中央控制系統等集成工藝系統，使原材料先在一級閉路高效高產系統擠壓粉碎后分級，粗物料進入一級系統繼續擠壓，細物料進入二級開路粉磨系統。一級系統提供的半成品比表面積為250 350平方米每千克，經二級系統處理后的終產品比表面積> 420平方米每千克。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于配料計量系統包括原料堆棚、板式喂料機、稱重皮帶秤、輸送皮帶和提升機，其向一級系統提供具有一定配比以水淬礦渣為主體的原材料混合物。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于熱風干燥系統包括破碎機、輸送皮帶、提升機、沸騰爐和風機，其向一級系統提供熱風以供在線干燥含水分的水淬礦渣。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于一級閉路高效高產系統包括輥壓機、 干燥器、高效選粉機、布袋收塵器、提升機和輸送皮帶，其將水淬礦渣經機械活化至比表面積250 350平方米每千克的合格半成品進入二級開路粉磨系統。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于二級開路粉磨系統包括球磨機、布袋收塵器、提升機和風送斜槽，其將半成品化學活化至顆粒級配合理、顆粒形貌完好、比表面積420平方米每千克以上的礦渣微粉終產品，并輸送至倉儲系統。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于倉儲系統包括提升機、圓形筒倉、庫底充氣系統、布袋收塵器和風送斜槽，其將二級系統供給的超細礦渣微粉有效地存儲，以便下一步利用。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于中央控制系統包括中央控制計算機 (含DCS控制程序)、現場主機設備電氣控制柜、現場儀表、現場攝像裝置，其遠程監控現場設備的運行參數和運行狀態，并通過調整中控的數字顯示，轉化為現場各控制點位設備的變化情況，調整設備的運行狀況，綜合管理不同系統的設備，對有聯系的設備之間加以連鎖，完成生產線的集成與兼容。
8.根據權利要求1所述的一種高效節能礦渣微粉的制備方法，其特征在于整個生產方法控制原材料綜合水分< 20%，入磨物料水分< 2%，出磨水分< ；循環風機布袋收塵器入口溫度控制在50°C 110°C。
全文摘要
本發明涉及一種高效節能礦渣微粉的制備方法。本制備方法是由配料計量系統、熱風系統、一級閉路高效高產系統、二級開路粉磨系統、倉儲系統、中央控制系統等多項集成技術系統組成，實現一級閉路高效高產機械活化，將合格半成品進入二級開路化學活化至顆粒級配合理、形貌完好的礦渣微粉粉磨。
文檔編號C04B7/14GK102557493SQ20111037157
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者田鍵 申請人:武漢市天沭科技發展有限公司